無線串口數據傳輸終端的製作方法

2023-05-12 06:11:31 3

專利名稱：無線串口數據傳輸終端的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線串口數據傳輸終端，是一種基於光機電一體化技術的智 能化終端通信設備。
背景技術：
1970年公布的EIA RS-232C標準是美國電子工業聯合會(EIA)與BELL公司以及 調製解調廠家和各大計算機終端生產廠商共同制定的用於串行通訊的標準。該標準適合於 數據傳輸速率在0 20000b/s範圍內的串行通信。目前，各通行設備廠商生產的通信設備 都與RS-232C兼容。RS-232C串口通信常用於各種人-機交換設備和串行存儲的外部設 備的數據通信，也常用於在實時控制和管理方面以及採用多微機處理機組成的分級分布控 制的系統中。但是，採用RS-232C通信方式的通信雙方需要使用有線通信電纜相連接，通信 距離受到限制，複雜的布線將增加成本。隨著無線電子技術的發展，出現了一些無線串口產 品，但是這些無線串口僅僅能實現用無線的方式取代有線的連接方式，沒有數據傳輸的主 控晶片，本身無法對數據進行預處理，不具有獨立性，而且受到發射功率的限制，傳輸距離 短，可靠性差。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種無線串口數據傳輸終端，實現兩個設備之間數據 的無線傳輸，採用Atmel公司的先進的Mega系列的單片機晶片實現對通信過程的控制，採 用先進的無線傳輸模塊實現通訊距離在視距範圍達1200米的可靠高效的數據通信。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是這種無線串口數據傳輸終端， 包括與對方設備連接的RS-232C接口及其TTL電平轉換電路、微控制單元和無線通訊模塊， 其特徵在於所述RS-232C接口連接RS-232C與TTL電平轉換電路，RS-232C與TTL電平轉 換電路的接口與微控制單元連接，微控制單元的通訊接口與無線通訊模塊連接，RS-232C與 TTL電平轉換電路模塊、微控制單元和無線通訊模塊均與電源及充電電路連接，RS-232C與 TTL電平轉換電路模塊、微控制單元和無線通訊模塊均與狀態指示電路連接。本實用新型的工作過程這種無線串口數據傳輸終端由RS-232C接口、RS-232C 與TTL電平轉換電路、微控制單元、電源及電池充電管理電路和無線通訊模塊組成。其中， RS-232C接口與發送方設備相連接，設備的數據經RS-232C接口到達本終端，由微控制單元 進行處理後送到無線通信模塊，由無線通信模塊將數據以無線的方式發送出去；在通信的 另一方，先由無線通信模塊接收到數據，傳給微控制單元，最後通過RS-232C接口到達接收 方設備。所述標準化的RS-232C接口及其TTL電平轉換電路採用晶片maXim3232CSe晶片。 為串口通信提供EIA-RS-232C標準的電氣特性所需的電平，即士 3v 士 12v，實現與TTL電 平的轉換。所述微控制單元採用Atmel公司的ATMegal62單片機，實現對數據的通信格式的轉換、通信方式控制、數據校驗等功能。所述電源及充電電路是由三個晶片maximl837、maximl811和maximl797及相應的 外圍電路組成。該電路為系統提供穩定的工作電壓，並且具備充電管理功能，可以在為系統 供電的同時給鋰電池充電，鋰電池也可以作為系統的供電電源。所述無線通訊模塊採用helicomm公司的基於IEEE802. 15. 4/zigbee技術的低功 耗的嵌入式模塊IPLink-1223。模塊工作在2. 4GHz全球通用的ISM免付費頻段上，具有16 個通信信道，數據傳輸速率達250kb/s，支持星狀、混合樹狀、網狀網絡等彈性化拓撲設計， 最大可支持255個節點。所述狀態指示電路中連接有工作狀態指示燈和電源狀態指示燈。所述無線通信模塊是無線接收和發送器。與現有技術相比，本實用新型具有以下特點和有益效果實現兩個或者多個設備 間數據的無線傳輸，平滑地升級原有系統中有線(RS232 / 485 / TTL)的傳輸方式，免除布 線成本，提高數據傳輸的靈活性。採用大容量的鋰電池作為供電電源，在沒有外接直流穩壓電源供電的情況下可以 工作8小時，帶充電管理的智能充電電路可以實現對電池的快速充電和放電保護。目前，普通的無線串口只是實現了用無線取代有線的連接方式，本實用新型無線 串口數據傳輸終端採用了微控制單元，具有獨立性，可以通過串口與設備進行交互，可提供 面向字節的透明數據傳輸，能適應不同的用戶協議，實現對數據通信格式的轉換、通信方式 控制、傳輸數據校驗等功能。採用了先進的嵌入式無線模塊IP_Linkl223作為無線收發模塊，通訊距離在視距 範圍達1200米，可以方便的組成星狀、混合樹狀、網狀通信網絡，實現點對點、點對多點、多 點對多點等多種通信組合方式。

圖1是本實用新型無線串口數據傳輸終端的內部原理框圖。圖2是本實用新型無線串口數據傳輸終端RS-232C與TTL電平轉換電路。圖3是本實用新型無線串口數據傳輸終端微控制單元電路。圖4是本實用新型無線串口數據傳輸終端無線通訊模塊電路。圖5是本實用新型無線串口數據傳輸終端電源及電池充電電路。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。參見圖1，本實用新型無線串口數據傳輸終端通過標準的RS-232C接口與用戶設 備相連接，數據從RS-232C接口進入無線串口數據傳輸終端，首先經過TTL電平轉換電路， 將士3v 士 12v電平轉換為標準TTL電平，然後進入微控制單元，由微控制單元對數據 進行預處理；之後，微控制單元將數據發送給無線通信模塊，由無線通信模塊將數據以無 線的方式發送出去；在通信的另一方，先由無線通信模塊接收到數據，傳送到微控制單元， 由微控制單元進行相應的處理，最後通過電平轉換電路轉換為RS-232C電平，即士3v 士 12v，數據送達接收方設備；電源電路由鋰電池和充電電路組成，該電路可以接入外接直流穩壓電源，為系統提供工作電壓，同時可以對鋰電池進行快速充電，具有充電保護的功 能；狀態指示電路則由4個指示燈組成，分別是數據接收和發送指示燈、工作模式指示燈和 電源狀態指示燈。參見圖2，無線串口數據傳輸終端電平轉換電路中的U3起到TTL電平和RS-232C 標準的電平之間相互轉換的作用，採用maxim公司的maXim3232CSe晶片，可以採用3. 3v或 者5. Ov的工作電壓，本電路採用5v電壓VCC_5作為工作電壓。U3的1腳Cl+和3腳Cl-通 過電容C7相連，4腳C2+和5腳C2-通過電容C6相連，2腳V+經過電容C8連接到VCC_5， 6腳V-則經過電容C9接地，16腳VCC接到VCC_5,15腳GND接地，14腳是輸出端TlOUT與 P4的1腳連，13腳RlIN與P4的2腳連，P4的3腳接地，P4是提供給用戶使用的標準的3 線 RS-232C 接口，其中 TlOUT 和 RlIN 即為 RS-232C 接口的 TXD 和 RXD 信號。11 腳 RS232_ TXD接到主控制晶片megal62的TXD引腳，並且通過限流電阻R8和發光二極體DS2連接到 VCC_5,構成了發送信號指示電路；12腳RS232_RXD連接到主控制晶片megal62的RXD引 腳，並且通過限流電阻R9和發光二極體DS3連接到VCC_5，構成了接收信號指示電路。7 10腳未使用，不與任何器件相連。參見圖3，無線串口數據傳輸終端微控制單元電路中U2為主控晶片，採用ATMEL 公司的megal62晶片。U2的17引腳VCC與工作電壓VCC_5連接，採用5v電源供電，39腳 為GND與地相連。U2的4腳RESET為復位引腳，經過電阻R3連接到工作電壓VCC_5。U2 的14腳XTAL2和15腳XTALl分別連接外部晶振Yl的2腳和1腳，同時分別經過電容C4、 C5接地，Yl採用16MHz的外部晶體震蕩器。U2的22腳TCK,23腳TMS,24腳TDO和25腳 TDI為晶片的JTAG調試信號線，分別經過電阻R4、R6、R5和R7連接到VCC_5，同時，分別與 P3接口的1腳、3腳、2腳和5腳相連，P3為JTAG調試接口，P3的4腳和7腳與工作電壓 VCC_5連，P3的6腳和10腳接地，8腳和9腳懸空，構成了系統的JTAG調試電路。U2的 1腳M0SI、2腳MISO和3腳SCK為晶片的ISP信號線，分別接到P2的1腳、6腳和4腳，P3 為系統的ISP調試接口，P3的3腳RST與U2的4腳RESET相連，P3的2腳懸空，P3的8 10腳接地，從而構成了系統的ISP調試電路。Pl是串口跳線接口，Pl的1腳和7腳分別與 無線通信模塊Ul的3腳RXO和4腳TXO相連，Pl的3腳和5腳分別與主控晶片U2的5腳 RXDO和42腳RXDl相連，Pl的9腳和11腳分別連接U2的7腳TXDO和43腳TXDl，Pl的 13腳和15腳分別與U2的5腳RXDO和7腳TXDO連接，Pl的2、4、6腳均連接到電平轉換電 路中的U3的12腳RS232_RXD上，Pl的8、10、12腳均連接到U3的11腳RS232_TXD上，Pl 的14腳和16腳則分別與無線通信模塊Ul的4腳TXO和3腳RXO相連。U2的其他引腳均 不與任何引腳相連。參見圖4，無線串口數據傳輸終端的無線通信模塊的電路主要實現數據的無線傳 輸，電路中Ul為無線通信模塊晶片，採用helicomm公司的基於IEEE802. 15. 4/zigbee技術 的低功耗的嵌入式無線模塊IP_Linkl223。其中，Ul的6腳GND接地，7腳VCC接工作電壓 VCC_3. 3，工作電壓VCC_3. 3須經過濾波電容Cl和C2接地。Ul的5腳MCU_Reset為復位引 無線串口數據傳輸終端腳，經過Rl與VCC_3. 3相連並且經過C3接地，從而構成復位電路。 Ul的3腳RXO和4腳TXO為模塊提供的信號接口，分別與主控晶片的MCU_RX0和MCU_TX0 相連。Ul的1腳P0. 0則經過發光二極體DSl及其限流電阻R2連接到VCC_3.3，構成了無 線通信模塊的工作狀態及工作模式的指示電路，指示模塊工作在透明傳輸模式或者二進位模式。Ul其餘引腳均不與任何器件相連。參見圖5，無線串口數據傳輸終端電源及電池充電電路採用了 3個晶片，分別是 maxl837 (圖中 U5)、maxl811 (圖中 U4)和 maxl797 (圖中 U6)。其中，U4 是採用 maxim 公 司的智能電池充放電管理晶片maxlSll，起到對鋰電池充電和放電保護的作用，P5是外部 電源輸入，USB_IN為穩壓的直流5v電壓輸入，也可以從設備的USB接口取電，P5的1腳接 地，2腳為電源正極輸入，該輸入和U4的1管腳SELV相連；U4的3腳和6腳接地，2腳SELI 通過電阻Rll接到地，4腳IN通過電容Cll接地，並且4腳經過限流電阻RlO和發光二 極管LED3連接到U4的8管腳CHG，構成了充電指示電路；U4的7管腳EN與外部輸入電壓 USB_IN連接，U4的5管腳BATT與P6的2腳連接，提供充電電壓V_BATT=4. 2v為鋰電池充 電，充電電流達到500mA，V_BATT通過電容ClO和P6的1腳接到地。圖5中U5採用maxim公司的maxl837晶片，USB_5電壓降到3. 3v,為通信模塊 IPLinkl223提供工作電壓和高達250mA的電流。其中⑴5的1腳FB和2腳GND接地，3腳 IN與USB_5連接，經過C13接地，U5的5腳SHDN與USB_5連接，6腳OUT經過電容C12接 地，作為3. 3v電壓USB_3. 3輸出，4腳LX經過穩壓二極體接地，同時經過Ll接到輸出端 USB_3. 3。圖5中TO採用maxim公司的升壓晶片maxl797，起到將鋰電池提供的V_BATT提升 到5v的作用，並提供450mA的負載電流，具有低電池檢測電路和關斷能力，可以保護電池不 被過放電。U6的1腳LBI分別經過R12與V_BATT連接和經過R13連接到地，V_BATT通 過C14接地，同時經過R15連接到U6的3腳LBO和4腳SHDN, U6的3腳和4腳都連接到 Ql的基極，同時Ql經過R14連接到U6的1腳LBI，U6的8腳連接鋰電池的電源V_BATT，5 腳接地，6腳LX經過L2與V_BATT連接，TO的7腳OUT輸出5v電壓USB_5，7腳經過兩個 濾波電容Cl5和C16接地。
權利要求一種無線串口數據傳輸終端，包括與對方設備連接的RS 232C接口及其TTL電平轉換電路、微控制單元和無線通訊模塊，其特徵在於所述RS 232C接口連接RS 232C與TTL電平轉換電路，RS 232C與TTL電平轉換電路的接口與微控制單元連接，微控制單元的通訊接口與無線通訊模塊連接，RS 232C與TTL電平轉換電路模塊、微控制單元和無線通訊模塊均與電源及充電電路連接，RS 232C與TTL電平轉換電路模塊、微控制單元和無線通訊模塊均與狀態指示電路連接。
2.根據權利要求1所述的無線串口數據傳輸終端，其特徵是所述RS-232C與TTL電 平轉換電路是maxim3232cse晶片。
3.根據權利要求1所述的無線串口數據傳輸終端，其特徵是所述微控制單元是 atmegal62 單片機。
4.根據權利要求1所述的無線串口數據傳輸終端，其特徵是所述電源及充電電路是 由三個晶片maximl837、maximl811和maximl797及相應的外圍電路組成。
5.根據權利要求1所述的無線串口數據傳輸終端，其特徵是所述無線通訊模塊是低 功耗的嵌入式模塊IPLink-1223。
6.根據權利要求1所述的無線串口數據傳輸終端，其特徵是所述狀態指示電路中連 接有工作狀態指示燈和電源狀態指示燈。
7.根據權利要求1所述的無線串口數據傳輸終端，其特徵是所述無線通信模塊是無 線接收和發送器。
專利摘要一種無線串口數據傳輸終端，包括與對方設備連接的RS-232C接口及其TTL電平轉換電路、微控制單元、電源及電池充電管理電路和無線通訊模塊組成。發送方設備的數據經RS-232C接口到達本終端，由微控制單元進行處理後送到無線通信模塊，由無線通信模塊將數據以無線的方式發送出去；在接收方，先由無線通信模塊接收到數據，傳給微控制單元，最後通過RS-232C接口到達接收方設備。本實用新型實現了兩個或者多個設備間的數據的無線傳輸，通訊距離在視距範圍達1200米，可由鋰電池供電，採用主控MCU晶片使本實用新型具有獨立性。
文檔編號G06F13/38GK201732360SQ20092031631
公開日2011年2月2日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者葉英, 張智明 申請人:北京市市政工程研究院